Le séquençage du génome entier du chimpanzé parasite révèle des indices sur le paludisme humain
Comprendre les origines des maladies émergentes - ainsi que des agents pathogènes plus établis - est essentielle pour évaluer les risques futurs d'infection humaine et de trouver de nouvelles approches thérapeutiques et préventives. Cela est vrai pour le paludisme, qui tue plus de 500.000 personnes par an. Symptômes, y compris une anémie sévère, le paludisme associée à la grossesse et le paludisme cérébral, ont été liés à la capacité parasite de provoquer des globules rouges infectés de se lier à la paroi interne des vaisseaux sanguins.
Une équipe internationale menée par Beatrice Hahn, MD, professeur de médecine et de microbiologie de l'École Perelman de médecine de l'Université de Pennsylvanie, et MD / PhD étudiant Sesh Sundararaman, a utilisé une technique d'amplification sélective de séquencer les génomes de deux espèces de Plasmodium divergentes , Plasmodium reichenowi et Plasmodium Gaboni, des volumes minuscules de sang de chimpanzés pour trouver des indices sur l'évolution et la pathogénicité de Plasmodium falciparum,le plus meurtrier parasite du paludisme qui touche les gens. Leurs résultats apparaissent cette semaine dans Nature Communications.
Singes africains abritent au moins six espèces de Plasmodium qui ont été classés dans un sous - genre distinct, appelé Laverania. Trois de ces espèces, y compris LaveraniaPlasmodium reichenowi et Plasmodium Gaboni, résident dans les chimpanzés, tandis que trois autres, y compris Plasmodium praefalciparum qui a donné lieu à Plasmodium falciparum, résident dans les gorilles. L'origine des gorilles de Plasmodium falciparuma été découvert il y a plusieurs années par ce même groupe international de chercheurs.
"Nous voulons savoir pourquoi Plasmodium falciparum est si mortelle", a déclaré Hahn."La réponse doit se trouver dans le plan - le génome - de ses chimpanzés et de gorilles des cousins Nous voulons également savoir comment et quand le précurseur de gorille de Plasmodium falciparum a sauté dans l' homme, et pourquoi cela est arrivé une seule fois.".
Les parasites qui infectent les humains et les grands singes partagent des gènes qui leur permettent de se cacher du système immunitaire de l'hôte, adhèrent aux tissus, et causent la maladie. Mieux comprendre l'évolution de la virulence du paludisme humain fournit de nouvelles cibles potentielles pour les médicaments et les vaccins.
Coauteur Dustin Brisson, PhD, professeur de biologie à Penn, initialement développé la méthode d'amplification sélective à la séquence des génomes bactériens.Sundararaman appelle l'application de cette nouvelle approche de la recherche sur le paludisme "l'une des contributions les plus importantes du papier." En utilisant cette technique, l'équipe a été en mesure de générer des séquences du génome de Laveraniade haute qualité en utilisant de petites quantités de sang non transformés prélevés chimpanzés vivant dans les sanctuaires pendant les écrans de santé de routine.
Les génomes des chimpanzés parasites contiennent une mine d'informations sur les origines de l'évolution des parasites du paludisme infectant les humains. Une des premières choses à émerger à partir des analyses de l'ensemble du génome était que les parasites représentent en effet, les espèces non-métissages distincts.
En outre, les membres de chaque espèce de chimpanzé parasites affichent environ 10 fois plus grande diversité génétique que faire des parasites humains. "Les parasites du chimpanzé soulignent vraiment le manque de diversité dans Plasmodium falciparum»,a déclaré le co-auteur Paul Sharp, Ph.D., biologiste évolutionniste de l'Université d'Edimbourg et collaborateur à long terme de l'équipe Hahn. "Ceci est très probablement parce que ces parasites sont passés par un goulot d'étranglement sévère lors de la première transmise à l'homme, peut-être dans les 10.000 dernières années."
En comparant les différents génomes parasitaires l'équipe a également constaté une expansion d'une famille multigénique, qui régit le remodelage de globules rouges et aide le parasite de se soustraire à des cellules immunitaires de l'hôte ainsi que la clairance par la rate donc. "Le processus de remodelage est un élément clé de pathologie grave du paludisme dans les infections àPlasmodium falciparum humains» , explique le co - auteur Julian Rayner, PhD, un chercheur du paludisme au Wellcome Trust Sanger Institute et membre à long terme de l'équipe de recherche. "L'expansion de cette famille de gènes à partir d' un seul gène dans tous les autres parasites Plasmodium à un maximum de 21 gènes dansLaverania suggère que le remodelage a évolué au début du rayonnement de ce groupe de parasites de primates et contribué non seulement à leur biologie unique , mais peut - être aussi à leur expansion réussie ".
«Nous avons également constaté une courte région du génome, y compris deux gènes d'invasion essentiels, où Plasmodium falciparum était beaucoup plus différent de ses proches parents que nous nous attendions", a déclaré Lindsey Plenderleith, PhD, chercheur postdoctoral à l'Université d'Edimbourg, qui conjointement avec Sundararaman comparées et annoter les différents génomes parasitaires. Une analyse plus poussée a abouti à la découverte surprenante que ce fragment d'ADN a été transféré horizontalement - d'une espèce à une autre - dans l'ancêtre du gorille dePlasmodium falciparum.
"Il est tentant de spéculer que cet événement inhabituel en quelque sorte prédisposé le précurseur de Plasmodium falciparum à coloniser les humains», a ajouté Hahn."Cependant, ce transfert de gène est clairement pas toute l'histoire."
Bien que l'origine de Plasmodium falciparum est maintenant bien établi des recherches passées par ce groupe, on ne sait rien sur les circonstances qui ont conduit à son émergence. "Amadouer les séquences du génome du parasite entier sur de petites quantités de sang de singe non traité va nous aider à mieux comprendre ce qui est arrivé et si cela peut se produire à nouveau", a déclaré Sundararaman.
"Il est un moment passionnant pour étudier les espèces de Plasmodium qui ne peuvent pas être cultivées et ont ainsi été négligées en raison de la difficulté d'obtenir des quantités suffisantes de l'ADN pour le séquençage du génome entier», a déclaré Hahn.Les plans de l'équipe, comme prochaine étape, d'utiliser la technique d'amplification de sélection du génome maintenant validé à la séquence supplémentaires génomes ape parasite pour identifier les interactions spécifiques à l'hôte et les exigences de transmission, découvrant ainsi les vulnérabilités qui peuvent être exploitées pour lutter contre le paludisme humain.